Contextualização

O estudo do trabalho realizado por um gás é um tópico importante na Física e de grande relevância em diversos campos da ciência, como a engenharia e a química. O entendimento desse tema pode ajudar a compreender como os motores térmicos funcionam, por exemplo, além de colaborar para o desenvolvimento de tecnologias mais eficientes e sustentáveis.

Primeiramente, é preciso entender o que é um gás em termos físicos. Um gás é formado por um grande número de partículas (átomos, moléculas ou íons) em constante movimento aleatório e colidindo um com o outro e com as paredes do recipiente que o contém. Essas colisões geram força e, por consequência, pressão.

O trabalho realizado por um gás é definido como a energia transferida de um gás para o seu ambiente (ou vice-versa) através de uma pressão aplicada sobre a mudança de volume. Existem diversas transformações gasosas onde este trabalho pode ser exercido, como, por exemplo, nas transformações isotérmicas (temperatura constante), isobáricas (pressão constante), isovolumétricas (volume constante) ou adiabáticas (sem transferência de calor).

A conexão entre o trabalho de um gás e suas aplicações no mundo real é vasta. Motores de automóveis, turbinas a gás, balões de ar quente e até mesmo a nossa respiração são exemplos de sistemas que envolvem trabalho de um gás. Ao entender como um gás realiza trabalho, podemos melhorar a eficiência desses sistemas e pensar em soluções para questões energéticas e de sustentabilidade.

Por sua complexidade e abrangência, o tema exige um estudo aprofundado e cuidadoso, capaz de relacionar conceitos teóricos com aplicações práticas. Para isso, disponibilizamos algumas fontes confiáveis:

• Brasil Escola - Física - Trabalho de um gás
• Mundo Educação - Trabalho de um gás
• Livro: Halliday, D., Resnick, R., & Walker, J. (2008). Fundamentos de física: Gravitação, ondas e termodinâmica. Vol. 2, LTC editora.

Através da leitura e do debate sobre o conteúdo dessas fontes, será possível não só compreender a teoria por trás do trabalho de um gás, mas também desenvolver uma visão crítica sobre suas implicações e aplicações.

Atividade Prática: Construção de um Motor Stirling

Objetivo do Projeto:

Nesta atividade, queremos que vocês apliquem na prática os conceitos teóricos do trabalho de um gás estudados até agora. Vocês devem construir um Motor Stirling, que é um motor térmico de ciclo fechado, que funciona através da expansão e contração de um gás.

Este projeto deve ser realizado em grupos de 3 a 5 alunos e sua execução deve demandar mais de doze horas por aluno participante.

Descrição Detalhada do Projeto:

A construção de um Motor Stirling proporcionará uma vivência prática dos principais conceitos envolvidos no trabalho de um gás: as transformações gasosas e a realização de trabalho por um gás através da expansão e contração em resposta a mudanças de temperatura.

Além disso, o projeto também envolverá noções de mecânica (como o movimento de um pistão em um cilindro) e de química (ao selecionar o gás a ser usado no motor e entender seus comportamentos térmicos).

Para guiar a construção do seu Motor Stirling, vocês devem seguir o Passo a Passo descrito abaixo. Contudo, incentivamos a busca por soluções alternativas e criativas para superar obstáculos e melhorar o desempenho do motor.

Materiais Necessários:

• Latas de refrigerantes
• Tubos de vidro ou plástico transparentes e resistentes
• Balões de látex
• Arame
• Fitas isolantes
• Vela ou outra fonte de calor
• Ferramentas básicas como alicate, tesoura e cola quente.

Passo a Passo:

1. Estudo Inicial: Todos os membros do grupo devem buscar por referências bibliográficas e tutoriais de construção de um Motor Stirling. É importante compreender o funcionamento do motor e identificar os principais desafios da construção. Este é o primeiro passo para a realização do projeto.

2. Planejamento: Use as informações coletadas para desenhar um esquema de seu motor, listando os materiais que serão usados em cada parte do motor. Lembre-se que o Motor Stirling é composto por dois cilindros (um quente e um frio) e um pistão que movimenta o gás entre eles.

3. Construção: Com o projeto em mãos, reúna-se com seus colegas para a construção do motor. Lembre-se de seguir as recomendações de segurança ao usar ferramentas e ao lidar com o fogo na fase de testes.

4. Testes e ajustes: Após a conclusão da montagem, realize testes para verificar o funcionamento do motor. É possível que seja necessário realizar ajustes de partes que não estão funcionando conforme o esperado ou aperfeiçoar partes que podem ter um desempenho melhor.

Entregas do Projeto:

1. Relatório: Cada grupo deverá apresentar um relatório detalhado do projeto. O relatório deverá conter:

• Introdução: Uma descrição detalhada do trabalho de um gás e sua aplicação no motor Stirling. A introdução deve contextualizar o tema, sua relevância e aplicação no mundo real, bem como o objetivo deste projeto.
• Desenvolvimento: Aqui, vocês devem descrever todas as etapas da execução do projeto, desde a coleta de informações até a construção e os testes do motor. Seja detalhado na explicação dos problemas encontrados e como foram resolvidos. Inclua imagens e gráficos, se necessário.
• Conclusões: Retomar os pontos principais, indicando quais foram os aprendizados e experiências obtidos, assim como as conclusões que você tirou do projeto.
• Bibliografia: Indicar as fontes em que se basearam para trabalhar no projeto como livros, páginas da web, vídeos, etc.

2. Apresentação: Cada grupo fará uma apresentação oral do projeto para a turma, demonstrando o funcionamento do motor e discutindo os desafios encontrados durante a execução do projeto.

Além de proporcionar uma grande experiência prática, esperamos que este projeto os ajude a desenvolver habilidades importantes como a colaboração em equipe, a resolução de problemas, a comunicação, a proatividade e o gerenciamento do tempo.